在耐火材料的使用過程中，隨著溫度的升高，耐火材料的主晶相與基體之間的原子非諧振動增加了物體中的原子間距，引起體積膨脹，這被稱為耐火材料的熱膨脹。

耐火材料的熱膨脹通常用線性膨脹系數和線性膨脹系數表示。 它被定義為：

(1)線性膨脹率。 在耐火樣品從室溫加熱到測試溫度期間樣品長度的相對變化率。

(2)線性膨脹系數。 每升升耐火樣品從室溫到實驗溫度的樣品長度的相對變化率。

耐火材料的熱膨脹與耐火材料的晶體結構有關。 在晶體結構中間形成晶體的鍵能決定了熱膨脹系數。 例如，在MgO和Al 2 O 3的晶體結構的中間，氧離子緊密堆積。 在耐火材料被加熱之后，氧離子的相互熱振動導致耐火材料的熱膨脹率變大。 結構上高度各向異性的耐火材料具有低的熱膨脹系數，通常是堇青石。

耐火材料的熱膨脹與煉鋼過程的安全使用有關。 例如，具有差的熱膨脹性能的耐火材料在使用它的烘烤階段可能會發生膨脹和破裂，導致耐火材料的損壞。